CN112377121B - 一种多功能深层地热资源钻完井实验装置 - Google Patents

一种多功能深层地热资源钻完井实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多功能深层地热资源钻完井实验装置，包括升降平台和设置在所述升降平台两侧的两个支架，两个所述支架分别穿过所述升降平台并与之竖直滑动连接；在所述升降平台的下方两侧各设置一组升降结构，两组所述升降结构分别连接两侧的所述支架，在所述升降平台的下方中央安装有连接所述升降结构的旋钻组件，所述旋钻组件在所述升降结构驱动所述升降平台顺着支架下降时转动；当钻杆钻到坚硬部位时，升降结构虽然依然带动钻杆下探进给，通过滑杆向上滑动压缩压簧可带动钻杆减小进给量，避免强制钻取损坏钻杆；在钻到硬度较小的部位时，被压缩的压簧可通过复位增加钻杆的进给量。

Description

一种多功能深层地热资源钻完井实验装置
技术领域
本发明涉及一种能源开采技术领域，具体是一种多功能深层地热资源钻完井实验装置。
背景技术
加快中深层、干热岩等地热资源的高效开发和利用，对改善能源战略布局、优化能源结构及促进转型发展具有重大意义。
现有技术公开有深层地热资源钻完井实验装置，其在钻取时采用了升降电机和钻取电机两个电机，并配合压力传感器以及数据采集与控制系统实现钻取进给控制。
该方案实现需要借助多个部件和装置，包括两个电机、传感器、以及数据采集与控制系统等，在实际应用过程中由于工况复杂多变，环境温度以及压力不可预估，极易损坏传感器等电子设备。
发明内容
基于上述背景技术中所提到的现有技术中的不足之处，为此本发明提供了一种多功能深层地热资源钻完井实验装置。
本发明通过采用如下技术方案克服以上技术问题，具体为：
一种多功能深层地热资源钻完井实验装置，包括升降平台和设置在所述升降平台两侧的两个支架，两个所述支架分别穿过所述升降平台并与之竖直滑动连接；
在所述升降平台的下方两侧各设置一组升降结构，两组所述升降结构分别连接两侧的所述支架，在所述升降平台的下方中央安装有连接所述升降结构的旋钻组件，所述旋钻组件在所述升降结构驱动所述升降平台顺着支架下降时转动；
在所述升降平台上还安装有连接其中一组所述升降结构的压泵结构，所述压泵结构在所述升降结构工作时向所述旋钻组件中泵压高压流体介质。
作为本发明进一步的方案：所述升降结构包括竖直转动安装在所述升降平台下方的螺管和竖直固定在所述支架内侧的丝杠；所述丝杠同所述螺管螺纹配合，其中一组所述升降结构中的螺管穿过所述升降平台并与之通过轴承连接；
所述升降平台上的一侧安装有伺服电机，所述伺服电机的输出端连接穿过所述升降平台的螺管上部，两组螺管之间通过齿轮组连接，两组丝杠的螺纹旋向相同。
作为本发明再进一步的方案：所述旋钻组件包括转动安装在所述升降平台下方中央的驱动轴、同轴设置在所述驱动轴下方的钻杆、以及用于连接所述驱动轴与所述钻杆的弹性结构；
所述齿轮组包括固定在所述螺管上部的小齿轮和固定在所述驱动轴上部并与所述小齿轮啮合的大齿轮。
作为本发明再进一步的方案：所述弹性结构包括同轴固定在所述驱动轴下部的上转盘、同轴固定在所述钻杆上部的下转盘、固定在所述下转盘两侧的两个滑杆、以及套设在所述滑杆上并弹性抵接上转盘与下转盘的压簧；
所述滑杆的上部穿过所述上转盘并与之滑动套合，在所述滑杆的顶部设置有用于防止所述滑杆从上转盘中滑脱的凸缘。
作为本发明再进一步的方案：在所述钻杆的上部设置有一圈凸圈，在所述凸圈与所述下转盘之间设置有同所述钻杆转动套合的轴套，在所述轴套的两侧各固定一个横梁，在所述横梁的端部设置有滑块；
两个所述支架的侧壁上沿竖直方向设置有同所述滑块滑动嵌合的滑轨。
作为本发明再进一步的方案：所述压泵结构包括安装在所述升降平台上的压力泵，其中一个螺管上固定有第一锥齿轮，第一锥齿轮同转动安装在所述升降平台上的第二锥齿轮啮合，且第二锥齿轮通过传动件连接所述压力泵的叶轮轴；
所述驱动轴穿过所述升降平台并与之转动连接，驱动轴为中空轴，所述压力泵的输出口连通导管，导管一端同所述驱动轴上端密封套合连通，所述钻杆的上部固定连通有密封套管，所述密封套管穿过所述下转盘和上转盘与所述驱动轴的下端密封伸缩套合连通；所述钻杆上沿圆周开设有多个供流体介质流出的泄压孔。
采用以上结构后，本发明相较于现有技术，具备以下优点：利用两组升降结构工作带动升降平台顺着两侧的支架升降和旋钻组件转动钻取，实现钻取的自动进给功能，同时借助压泵结构向旋钻组件中泵压高压流体介质，向岩心提供高压，且还可对旋钻组件进行冷却；由于滑杆的上部穿过上转盘并与之滑动套合，且在上转盘与下转盘之间设置了压簧，因此，当钻杆钻到坚硬部位时，升降结构虽然依然带动钻杆下探进给，但是通过滑杆向上滑动压缩压簧可带动钻杆减小进给量，避免强制钻取损坏钻杆；在钻到硬度较小的部位时，被压缩的压簧可通过复位增加钻杆的进给量；整体达到了保护钻杆的同时不影响整体钻取的效率。
附图说明
图1为多功能深层地热资源钻完井实验装置的结构示意图。
图2为多功能深层地热资源钻完井实验装置中轴套和横梁以及滑块的结构示意图。
图3为图1中A处的局部放大图。
图中：1-升降平台；2-支架；3-螺管；4-伺服电机；5-驱动轴；6-小齿轮；7-大齿轮；8-上转盘；9-滑杆；10-压簧；11-下转盘；12-钻杆；13-丝杠；14-轴套；15-横梁；16-滑块；17-滑轨；18-第一锥齿轮；19-第二锥齿轮；20-传动件；21-压力泵；22-导管；23-密封套管；24-泄压孔。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以多种不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
另外，本发明中的元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
请参阅图1～3，本发明实施例中，一种多功能深层地热资源钻完井实验装置，包括升降平台1和设置在所述升降平台1两侧的两个支架2，两个所述支架2分别穿过所述升降平台1并与之竖直滑动连接；在所述升降平台1的下方两侧各设置一组升降结构，两组所述升降结构分别连接两侧的所述支架2，在所述升降平台1的下方中央安装有连接所述升降结构的旋钻组件，所述旋钻组件在所述升降结构驱动所述升降平台1顺着支架2下降时转动；在所述升降平台1上还安装有连接其中一组所述升降结构的压泵结构，所述压泵结构在所述升降结构工作时向所述旋钻组件中泵压高压流体介质；
所述流体介质包括但不限于气态和液态介质；
利用两组升降结构工作带动升降平台1顺着两侧的支架2升降和旋钻组件转动钻取，实现钻取的自动进给功能，同时借助压泵结构向旋钻组件中泵压高压流体介质，向岩心提供高压，且还可对旋钻组件进行冷却。
在本发明的一个实施例中，所述升降结构包括竖直转动安装在所述升降平台1下方的螺管3和竖直固定在所述支架2内侧的丝杠13；所述丝杠13同所述螺管3螺纹配合，其中一组所述升降结构中的螺管3穿过所述升降平台1并与之通过轴承连接；
所述升降平台1上的一侧安装有伺服电机4，所述伺服电机4的输出端连接穿过所述升降平台1的螺管3上部，两组螺管3之间通过齿轮组连接，两组丝杠13的螺纹旋向相同；
当伺服电机4工作时带动其中一个螺管3转动，转动的螺管3借助齿轮组驱动另一螺管3同步转动，配合与支架2固定的丝杠13带动升降平台1顺着支架2竖直滑动升降，进而带动旋钻组件升降。
在本发明的另一个实施例中，所述旋钻组件包括转动安装在所述升降平台1下方中央的驱动轴5、同轴设置在所述驱动轴5下方的钻杆12、以及用于连接所述驱动轴5与所述钻杆12的弹性结构；
所述齿轮组包括固定在所述螺管3上部的小齿轮6和固定在所述驱动轴5上部并与所述小齿轮6啮合的大齿轮7；
当连接伺服电机4输出端的螺管3转动时带动与之连接的小齿轮6转动，该小齿轮6驱动大齿轮7转动，进而带动驱动轴5转动，同时大齿轮7还带动另一小齿轮6和另一螺管3转动，从而使得两组升降结构同时驱动升降平台1升降。
在本发明的又一个实施例中，所述弹性结构包括同轴固定在所述驱动轴5下部的上转盘8、同轴固定在所述钻杆12上部的下转盘11、固定在所述下转盘11两侧的两个滑杆9、以及套设在所述滑杆9上并弹性抵接上转盘8与下转盘11的压簧10；
所述滑杆9的上部穿过所述上转盘8并与之滑动套合，在所述滑杆9的顶部设置有用于防止所述滑杆9从上转盘8中滑脱的凸缘；
当驱动轴5转动时带动上转盘8跟随转动，转动的上转盘8驱动两个滑杆9跟随转动，进而带动下转盘11同步转动，下转盘11带动钻杆12转动钻取；由于滑杆9的上部穿过上转盘8并与之滑动套合，且在上转盘8与下转盘11之间设置了压簧10，因此，当钻杆12钻到坚硬部位时，升降结构虽然依然带动钻杆12下探进给，但是通过滑杆9向上滑动压缩压簧10可带动钻杆12减小进给量，避免强制钻取损坏钻杆12；在钻到硬度较小的部位时，被压缩的压簧10可通过复位增加钻杆12的进给量；整体达到了保护钻杆12的同时不影响整体钻取的效率。
在本发明的又一个实施例中，为了提高钻杆12的稳定性，保持较高的同轴度，在所述钻杆12的上部设置有一圈凸圈，在所述凸圈与所述下转盘11之间设置有同所述钻杆12转动套合的轴套14，在所述轴套14的两侧各固定一个横梁15，在所述横梁15的端部设置有滑块16；
两个所述支架2的侧壁上沿竖直方向设置有同所述滑块16滑动嵌合的滑轨17；
利用轴套14和两个横梁15以及滑块16保持钻杆12的上部始终保持与滑轨17级支架2平行，从而保持了钻杆12的同轴度。
在本发明的又一个实施例中，所述压泵结构包括安装在所述升降平台1上的压力泵21，其中一个螺管3上固定有第一锥齿轮18，第一锥齿轮18同转动安装在所述升降平台1上的第二锥齿轮19啮合，且第二锥齿轮19通过传动件20连接所述压力泵21的叶轮轴；
所述驱动轴5穿过所述升降平台1并与之转动连接，驱动轴5为中空轴，所述压力泵21的输出口连通导管22，导管22一端同所述驱动轴5上端密封套合连通，所述钻杆12的上部固定连通有密封套管23，所述密封套管23穿过所述下转盘11和上转盘8与所述驱动轴5的下端密封伸缩套合连通；所述钻杆12上沿圆周开设有多个供流体介质流出的泄压孔24；
当螺管3转动时带动第一锥齿轮18转动，第一锥齿轮18带动第二锥齿轮19转动，进而通过传动件20带动压力泵21工作，将流体介质压缩送入到导管22内，经中空的驱动轴5和密封套管23送入到钻杆12内，最后通过泄压孔24排出。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。但凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

Claims (4)

1.一种多功能深层地热资源钻完井实验装置，包括升降平台（1）和设置在所述升降平台（1）两侧的两个支架（2），其特征在于，两个所述支架（2）分别穿过所述升降平台（1）并与之竖直滑动连接；
在所述升降平台（1）的下方两侧各设置一组升降结构，两组所述升降结构分别连接两侧的所述支架（2），在所述升降平台（1）的下方中央安装有连接所述升降结构的旋钻组件，所述旋钻组件在所述升降结构驱动所述升降平台（1）顺着支架（2）下降时转动；
在所述升降平台（1）上还安装有连接其中一组所述升降结构的压泵结构，所述压泵结构在所述升降结构工作时向所述旋钻组件中泵压高压流体介质；
所述升降结构包括竖直转动安装在所述升降平台（1）下方的螺管（3）和竖直固定在所述支架（2）内侧的丝杠（13）；所述丝杠（13）同所述螺管（3）螺纹配合，其中一组所述升降结构中的螺管（3）穿过所述升降平台（1）并与之通过轴承连接；
所述升降平台（1）上的一侧安装有伺服电机（4），所述伺服电机（4）的输出端连接穿过所述升降平台（1）的螺管（3）上部，两组螺管（3）之间通过齿轮组连接，两组丝杠（13）的螺纹旋向相同；
所述旋钻组件包括转动安装在所述升降平台（1）下方中央的驱动轴（5）、同轴设置在所述驱动轴（5）下方的钻杆（12）、以及用于连接所述驱动轴（5）与所述钻杆（12）的弹性结构；
所述齿轮组包括固定在所述螺管（3）上部的小齿轮（6）和固定在所述驱动轴（5）上部并与所述小齿轮（6）啮合的大齿轮（7）。
2.根据权利要求1所述的一种多功能深层地热资源钻完井实验装置，其特征在于，所述弹性结构包括同轴固定在所述驱动轴（5）下部的上转盘（8）、同轴固定在所述钻杆（12）上部的下转盘（11）、固定在所述下转盘（11）两侧的两个滑杆（9）、以及套设在所述滑杆（9）上并弹性抵接上转盘（8）与下转盘（11）的压簧（10）；
所述滑杆（9）的上部穿过所述上转盘（8）并与之滑动套合，在所述滑杆（9）的顶部设置有用于防止所述滑杆（9）从上转盘（8）中滑脱的凸缘。
3.根据权利要求2所述的一种多功能深层地热资源钻完井实验装置，其特征在于，在所述钻杆（12）的上部设置有一圈凸圈，在所述凸圈与所述下转盘（11）之间设置有同所述钻杆（12）转动套合的轴套（14），在所述轴套（14）的两侧各固定一个横梁（15），在所述横梁（15）的端部设置有滑块（16）；
两个所述支架（2）的侧壁上沿竖直方向设置有同所述滑块（16）滑动嵌合的滑轨（17）。
4.根据权利要求2所述的一种多功能深层地热资源钻完井实验装置，其特征在于，所述压泵结构包括安装在所述升降平台（1）上的压力泵（21），其中一个螺管（3）上固定有第一锥齿轮（18），第一锥齿轮（18）同转动安装在所述升降平台（1）上的第二锥齿轮（19）啮合，且第二锥齿轮（19）通过传动件（20）连接所述压力泵（21）的叶轮轴；
所述驱动轴（5）穿过所述升降平台（1）并与之转动连接，驱动轴（5）为中空轴，所述压力泵（21）的输出口连通导管（22），导管（22）一端同所述驱动轴（5）上端密封套合连通，所述钻杆（12）的上部固定连通有密封套管（23），所述密封套管（23）穿过所述下转盘（11）和上转盘（8）与所述驱动轴（5）的下端密封伸缩套合连通；所述钻杆（12）上沿圆周开设有多个供流体介质流出的泄压孔（24）。
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